Hämähäkkisilkin ja nanoselluloosan yhdistelmästä syntyi muovin haastaja

Aalto-yliopisto ja VTT ovat kehittäneet ainutlaatuisen materiaalin, joka on samalla luja, jäykkä ja sitkeä. Tulevaisuudessa sitä voidaan käyttää muun muassa biopohjaisissa komposiiteissa ja lääketieteellisissä sovelluksissa.
Hämähäkkisilkki
Nestemäisestä, siirapinomaisesta silkkiproteiinista syntyy vahvaa ja joustavaa kuitua. Kuva: Eeva Suorlahti

Lujan ja samalla joustavan materiaalin valmistaminen on ollut materiaalisuunnittelun suurimpia haasteita: lujuuden lisäämiseksi on pitänyt tinkiä venyvyydestä ja päinvastoin. Nyt Aalto-yliopiston ja VTT:n tutkijat ovat onnistuneet selättämään haasteen ottamalla mallia luonnosta.

Tutkijat loivat aivan uuden biopohjaisen materiaalin liimaamalla puun selluloosakuituja yhteen hämähäkin seitistä löytyvällä silkkiproteiinilla. Tuloksena oli hyvin jäykkää ja samalla sitkeää materiaalia, jota voidaan tulevaisuudessa käyttää esimerkiksi muovien korvaamiseen, biopohjaisiin komposiitteihin, lääketieteellisissä sovelluksissa ja tekstiiliteollisuudessa.

Tutkimusta vetäneen Aalto-yliopiston professori Markus Linderin mukaan luonto tarjoaa uusien materiaalien kehittämiseen loistavia raaka-aineita, kuten nyt käytettyjä lujaa ja helposti saatavilla olevaa selluloosaa ja sitkeää ja joustavaa silkkiä. Molempien etu on se, että toisin kuin muovi, ne hajoavat luonnossa eivätkä aiheuta siellä mikromuovin kaltaisia haittoja.

”Nämä luonnon hyvät ominaisuudet meidän tutkijoiden pitää vain pystyä toistamaan”, Linder sanoo.

”Pilkoimme koivuselluloosan kuidut nanofibrilleiksi, jotka järjestimme samansuuntaisiksi. Samalla täytimme selluloosasta muodostuvan kehikon pehmeällä silkkiproteiinilla. Se toimii liimamaisena sidosaineena sekä kykenee välittämään mekaanista energiaa molekyylitasolle”, kertoo erikoistutkija Pezhman Mohammadi VTT:ltä.

Silkkiä DNA:n ja bakteerien avulla

Silkki on proteiini, jota esiintyy luonnossa muun muassa silkkitoukan erittämänä ja hämähäkinseitissä. Aalto-yliopiston ja VTT:n tutkijoiden käyttämä hämähäkkisilkki ei kuitenkaan ollut peräisin seitistä vaan tutkijat valmistivat sen synteettisen DNA:n ja bakteerien avulla.

”Koska tunnemme DNA:n rakenteen, voimme kopioida sen ja valmistaa sen avulla kemiallisesti samanlaisia silkkiproteiinimolekyylejä kuin hämähäkinseitissä on. DNA:ssa on kaikki se informaatio valmiina”, Linder selittää.

“Työmme on osoitus proteiinien kehittämisen uusista ja monipuolisista mahdollisuuksista. Voimme valmistaa vastaavia komposiittimateriaaleja hiukan eri raaka-aineista ja saada aikaiseksi uusia ominaisuusyhdistelmiä eri käyttötarkoituksiin. Parhaillaan kehitämme komposiittimateriaalia, joka soveltuu esimerkiksi implantteihin ja iskunkestäviin kohteisiin”, sanoo Pezhman.

Tutkimushanke on osa Suomen Akatemian rahoittamaa Biosynteettisten hybridimateriaalien molekyylimuokkaus ”Hyber” -huippuyksikköä.  

Tutkimus julkaistiin Science Advances -tiedejulkaisussa. Linkki artikkeliin (sciencemag.org)

Hämähäkinsilkkiproteiiniin voi tutustua 29 syyskuuta saakka New Silk – What Can We Learn From Spiders? -näyttelyssä Aalto-yliopiston Väre-rakennuksessa. Näyttely on osa Helsinki Design Weekin Designs For a Cooler Planet –näyttelyä, ja se on koottu materiaali- ja design-tutkijoiden ja tekstiiliasiantuntijoiden yhteistyönä.

Lisätietoja:

Markus Linder
Professori, Aalto-yliopisto
p. 050 431 5525
[email protected]

Pezhman Mohammadi
Erikoistutkija, VTT
p. 040 163 7835
[email protected]

Christopher Landowski
Tutkimusryhmän vetäjä, VTT
p. 040 482 0856
[email protected]

Lue lisää

Kuva osoittaa, miten valmistetaan biosynteettistä hämähäkinseittiä suurjännitteen avulla

Hämähäkkisilkki syntyy, kun mikrobeihin lisätään hämähäkin DNA:ta

Hämähäkki on opettanut tutkijoita tuottamaan synteettistä biomateriaalia, josta voi tulevaisuudessa valmistaa hyvin monenlaisia tuotteita vaatteista autonosiin.

Uutiset
  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lisää tästä aiheesta

Aalto-yliopiston vesitutkimus
Tiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Suomalaisyrityksistä maailman vesivastuullisimmat – uusi tiekartta näyttää suunnan

Aalto-yliopiston, Luonnonvarakeskuksen ja VTT:n maa- ja metsätalousministeriön rahoituksella laatiman tiekartan tavoitteena on, että suomalaisyritykset ovat vuonna 2030 vesivastuullisimpia maailmassa.
Illustration on beige background: two students painting a big yellow lightbulb.
Tiedotteet, Opinnot Julkaistu:

Hae Aalto Thesis -projektiin: HSL - Ohjelmistotuotanto 2.0!

Aalto Thesis -ohjelman projektihaku maistereille on auki. Lue lisää HSL:n projektista ja hae mukaan!
Tiina Tuurnala, Alumna of the Year 2019, School of Engineering
Nimitykset, Tiedotteet Julkaistu:

Tiina Tuurnala Aalto-yliopiston insinööritieteiden korkeakoulun Vuoden alumni 2019

”Nykyinen tehtäväni on mahtava näköalapaikka, jossa voin yhdessä muiden toimijoiden kanssa tehdä työtä kohti nollapäästöistä merenkulkua.”
Materiaali pohjautuu keväällä järjestettyyn kiiteltyyn luentosarjaan. Tekijät toivovat mukaan erityisesti nuoria, sillä heidän arjessaan sosiaalinen media on tiiveimmin mukana ja neljännes nuorista on joutunut kiusatuksi somessa.
Tiedotteet Julkaistu:

Ilmainen opiskelupaketti someilmiöistä: Mitä jokaisen tulisi tietää verkkohäiriköinnistä, someriippuvuudesta ja valeuutisista?

Materiaali pohjautuu kiiteltyyn luentosarjaan. Tekijät toivovat mukaan erityisesti nuoria, sillä heidän arjessaan sosiaalinen media on tiiveimmin mukana ja neljännes nuorista on joutunut kiusatuksi somessa.